Large Interferometer For Exoplanets (LIFE)เป็นแนวคิดภารกิจอวกาศที่เสนอขึ้นเพื่อตรวจจับและกำหนดลักษณะของชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์นอกระบบที่คล้ายโลกโดยใช้ การแทรกสอด ในช่วงอินฟราเรดกลางแนวคิดภารกิจนี้อยู่บนพื้นฐานของอินเตอร์เฟอโรเมตรอวกาศที่บินเป็นกลุ่มซึ่งจะสังเกตดาวเคราะห์ นอกระบบที่คล้ายโลกโดยตรง รอบดาวฤกษ์ใกล้เคียงและค้นหาสัญญาณชีวภาพ ในชั้นบรรยากาศ โครงการนี้เริ่มต้นขึ้นในปี 2017 โดยความร่วมมือระหว่างประเทศที่นำโดยETH Zurichและเกี่ยวข้องกับนักวิทยาศาสตร์และวิศวกรจากหลายสถาบันและหลายประเทศ^{[ 1 ]}

แนวคิดภารกิจมุ่งเน้นไปที่การสำรวจบรรยากาศขนาดใหญ่ของดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะที่คล้ายโลกในบริเวณใกล้เคียงกับดวงอาทิตย์ และศึกษาความสามารถในการอยู่อาศัยของดาวเคราะห์ องค์ประกอบของบรรยากาศ และสัญญาณบ่งชี้ทางชีวภาพที่อาจเกิดขึ้น^{[ 2 ] [ 3 ]}

แนวคิดภารกิจ LIFE ประกอบด้วยยานอวกาศ 5 ลำที่บินเป็นกลุ่มและทำงานร่วมกันเป็นอินเตอร์เฟอโรเมตรแบบหักล้างรังสีอินฟราเรดช่วงกลาง ยานอวกาศ 4 ลำที่จัดเรียงอยู่ในระนาบเดียวกันจะรวบรวมแสงที่เข้ามาและส่งต่อไปยังยานอวกาศลำที่ 5 ซึ่งจะรวมลำแสงเข้าด้วยกัน อินเตอร์เฟอโรเมตรจะระงับแสงจากดาวฤกษ์หลักในขณะที่อนุญาตให้ตรวจจับและวิเคราะห์การแผ่รังสีความร้อนที่จางกว่ามากจากดาวเคราะห์ที่โคจรรอบดาวฤกษ์โดยใช้สเปกโทรสโกปี^{[ 4 ]}

ภารกิจนี้จะดำเนินการในช่วงความยาวคลื่นอินฟราเรดกลาง ซึ่งเป็นช่วงที่ดาวเคราะห์ภาคพื้นดินปล่อยรังสีความร้อนออกมา และโมเลกุลในชั้นบรรยากาศที่เลือกไว้จะแสดงคุณสมบัติสเปกตรัมที่ชัดเจน ฐานของอินเตอร์เฟอโรเมตรสามารถปรับได้เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการตรวจจับดาวเคราะห์และลักษณะเฉพาะของชั้นบรรยากาศ^{[ 5 ]}

สถาปัตยกรรมภารกิจสร้างขึ้นจากแนวคิดอินเตอร์เฟอโรเมตรอวกาศรุ่นก่อนหน้า เช่นDarwin ของ ESA และ Terrestrial Planet Finder Interferometer (TPF-I) ของ NASA แต่รวมเอาการพัฒนาเทคโนโลยีที่ทันสมัย ​​การประมาณผลผลิตการตรวจจับที่ดีขึ้น และความสามารถในการบินแบบจัดรูปขบวนที่ทันสมัย^{​​[ 6 ]}

วัตถุประสงค์ทางวิทยาศาสตร์หลักของภารกิจ LIFE คือการตรวจจับและลักษณะบรรยากาศของดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะที่คล้ายโลก โดยเฉพาะดาวเคราะห์ที่อยู่ในเขตที่เอื้อต่อการอยู่อาศัยของดาวฤกษ์ใกล้เคียง^{[ 7 ]}

วัตถุประสงค์ทางวิทยาศาสตร์ที่สำคัญ ได้แก่:

1. การตรวจจับดาวเคราะห์นอกระบบที่เป็นหินในเขตที่เอื้อต่อการอยู่อาศัยของสิ่งมีชีวิตรอบดาวฤกษ์ใกล้เคียง
2. การวัดองค์ประกอบบรรยากาศของพวกมัน
3. การศึกษาภูมิอากาศและสภาพพื้นผิวของดาวเคราะห์
4. การค้นหาสัญญาณชีวภาพในชั้นบรรยากาศ
5. การจำกัดความถี่ของดาวเคราะห์ที่เอื้อต่อการอยู่อาศัยในบริเวณใกล้เคียงกับระบบสุริยะ

การจำลองแสดงให้เห็นว่าอินเตอร์เฟอโรเมตรอวกาศอินฟราเรดช่วงกลางขนาดใหญ่สามารถตรวจจับและระบุลักษณะของดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะที่คล้ายโลกได้หลายสิบดวง ทำให้สามารถศึกษาดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะแบบเปรียบเทียบได้นอกระบบสุริยะ^{[ 8 ] [ 9 ]}

ภารกิจ LIFE ถูกออกแบบมาเพื่อทำการวิเคราะห์สเปกตรัมในช่วงคลื่นอินฟราเรดกลางของชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะ ซึ่งช่วยให้สามารถตรวจจับลักษณะการดูดกลืนแสงของโมเลกุลจากก๊าซต่างๆ เช่น:

1. คาร์บอนไดออกไซด์ ( )
2. ไอน้ำ ( )
3. โอโซน (O )
4. มีเทน (CH )
5. ไนตรัสออกไซด์ ( )
6. ฟอสฟีน (PH )

โมเลกุลเหล่านี้สามารถให้ข้อมูลเกี่ยวกับสภาพภูมิอากาศของดาวเคราะห์ เคมีของบรรยากาศ และกิจกรรมทางชีวภาพที่อาจเกิดขึ้นได้^{[ 10 ] [ 11 ]}

การจำลองภารกิจแสดงให้เห็นว่าอินเตอร์เฟอโรเมตรอินฟราเรดช่วงกลางเช่น LIFE สามารถตรวจจับดาวเคราะห์คล้ายโลกจำนวนมากรอบดาวฤกษ์ใกล้เคียงและระบุลักษณะเฉพาะของดาวเคราะห์เหล่านั้นบางส่วนได้โดยใช้สเปกโทรสโกปี^{[ 12 ] [ 13 ]}

ภารกิจนี้จะมุ่งเป้าไปที่ดาวเคราะห์รอบดาวฤกษ์คล้ายดวงอาทิตย์และดาวแคระ M ที่อยู่ใกล้เคียงเป็นหลัก โดยจะเน้นที่ดาวเคราะห์ที่อยู่ในเขตที่สิ่งมีชีวิตสามารถอาศัยอยู่ได้ ซึ่งอาจมีน้ำเหลวอยู่บนพื้นผิว^{[ 14 ]}

การศึกษาล่าสุดภายในความร่วมมือ LIFE ยังได้ตรวจสอบความสามารถในการตรวจจับโปรโตแพลนต์บนโลกและระบบดาวเคราะห์อายุน้อยในบริเวณใกล้เคียงกับดวงอาทิตย์อีกด้วย^{[ 15 ]}

ภารกิจของโครงการ LIFE อาศัยเทคโนโลยีสำคัญหลายประการ:

อินเตอร์เฟอโรเมตรีแบบหักล้าง

การแทรกสอดแบบ Nulling รวมแสงจากกล้องโทรทรรศน์หลายตัวเข้าด้วยกันเพื่อให้แสงดาวถูกระงับผ่านการแทรกสอดแบบทำลายล้าง ทำให้สามารถตรวจจับสัญญาณดาวเคราะห์ที่จางได้^{[ 16 ]}เทคโนโลยีนี้กำลังได้รับการทดสอบในห้องปฏิบัติการด้วย Nulling Interferometry Cryogenic Experiment (NICE) เพื่อแสดงให้เห็นถึงความเสถียรและความไวที่ต้องการ

การรวมลำแสงและอุปกรณ์วัด

การศึกษาในโครงการ LIFE ได้ตรวจสอบสถาปัตยกรรมตัวรวมลำแสง ความไม่แน่นอนของเครื่องมือ และกลยุทธ์ความซ้ำซ้อนสำหรับการแทรกสอดในอวกาศ^{[ 17 ]}การรวมลำแสงขาเข้าทั้งสี่ลำช่วยให้เกิดการแทรกสอดแบบหักล้าง (ตามแนวฐานการหักล้าง) สำหรับแสงดาวบนแกน และการกำหนดตำแหน่งดาวเคราะห์นอกแกนโดยใช้การแทรกสอดตามแนวฐานการถ่ายภาพ

การบินหมู่

ภารกิจนี้ต้องการยานอวกาศหลายลำที่บินในรูปแบบที่แม่นยำโดยมีระยะห่างตั้งแต่หลายสิบถึงหลายร้อยเมตร ทำให้เกิดฐานการแทรกสอดที่จำเป็นสำหรับการตรวจจับดาวเคราะห์^{[ 18 ]}ยานอวกาศเก็บรวบรวมข้อมูลทั้งสี่ลำถูกวางไว้ในระนาบเดียวกัน โดยทั้งหมดชี้ไปยังเป้าหมาย ยานอวกาศทั้งหมดจะหมุนไปตามแกนชี้เพื่อกำหนดตำแหน่งของดาวเคราะห์

การตรวจวัดและสเปกโทรสโกปีของชั้นบรรยากาศ

เป้าหมายที่เลือกไว้จะได้รับการวิเคราะห์โดยละเอียดหลังจากขั้นตอนการตรวจจับดาวเคราะห์เบื้องต้น การสังเกตการณ์ที่ยาวนานขึ้นจะช่วยให้ได้รับสเปกตรัมของชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์นอกระบบ การจำลองได้ดำเนินการเพื่อกำหนดความละเอียดของสเปกตรัม การครอบคลุมความยาวคลื่น และข้อกำหนดด้านความไวสำหรับการดึงข้อมูลชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์นอกระบบที่คล้ายโลก^{[ 19 ]}

1. Cesario, L. และคณะ (2024). เครื่องมือวัดการแทรกสอดขนาดใหญ่สำหรับดาวเคราะห์นอกระบบ (LIFE): XIV. การค้นหาดาวเคราะห์ต้นกำเนิดคล้ายโลกในบริเวณใกล้เคียงกาแล็กซี ดาราศาสตร์และฟิสิกส์ดาราศาสตร์
2. Alei, E. และคณะ (2024). เครื่องมือวัดการแทรกสอดขนาดใหญ่สำหรับดาวเคราะห์นอกระบบ (LIFE): XIII. คุณค่าของการรวมการแผ่รังสีความร้อนและแสงสะท้อนสำหรับการจำแนกลักษณะของดาวเคราะห์แฝดโลก ดาราศาสตร์และฟิสิกส์ดาราศาสตร์
3. Angerhausen, D. และคณะ (2024). เครื่องมือวัดการแทรกสอดขนาดใหญ่สำหรับดาวเคราะห์นอกระบบ (LIFE). XII. ความสามารถในการตรวจจับสัญญาณชีวภาพขั้นสูงสุดในย่านอินฟราเรดกลาง วารสารดาราศาสตร์
4. Matsuo, T. และคณะ (2023). เครื่องมือวัดการแทรกสอดขนาดใหญ่สำหรับดาวเคราะห์นอกระบบ (LIFE). XI. การแยกส่วนสังเคราะห์พื้นที่เฟส. ดาราศาสตร์และฟิสิกส์ดาราศาสตร์.
5. Carrión-González, Ó. และคณะ (2023). เครื่องมือวัดการแทรกสอดขนาดใหญ่สำหรับดาวเคราะห์นอกระบบ (LIFE). X. ความสามารถในการตรวจจับดาวเคราะห์นอกระบบที่รู้จักในปัจจุบัน. ดาราศาสตร์และฟิสิกส์ดาราศาสตร์.
6. Konrad, BS และคณะ (2023). เครื่องมือวัดการแทรกสอดขนาดใหญ่สำหรับดาวเคราะห์นอกระบบ (LIFE). IX. การประเมินผลกระทบของเมฆต่อการตรวจวัดชั้นบรรยากาศ. ดาราศาสตร์และฟิสิกส์ดาราศาสตร์.
7. Angerhausen, D. และคณะ (2023). เครื่องวัดการแทรกสอดขนาดใหญ่สำหรับดาวเคราะห์นอกระบบ: VIII. ฟอสฟีนอยู่ที่ไหน? ดาราชีววิทยา
8. Hansen, JT และคณะ (2023). เครื่องมือวัดการแทรกสอดขนาดใหญ่สำหรับดาวเคราะห์นอกระบบ (LIFE). VII. การนำตัวรวมลำแสงแบบเคอร์เนลนัลลิ่งห้ากล้องโทรทรรศน์ไปใช้ในทางปฏิบัติ. ดาราศาสตร์และฟิสิกส์ดาราศาสตร์.
9. Kammerer, J. และคณะ (2022). เครื่องมือวัดการแทรกสอดขนาดใหญ่สำหรับดาวเคราะห์นอกระบบ (LIFE). VI. การตรวจจับดาวเคราะห์นอกระบบที่เป็นหินในเขตที่สิ่งมีชีวิตสามารถอาศัยอยู่ได้ของดาวฤกษ์คล้ายดวงอาทิตย์. ดาราศาสตร์และฟิสิกส์ดาราศาสตร์.
10. Alei, E. และคณะ (2022). เครื่องมือวัดการแทรกสอดขนาดใหญ่สำหรับดาวเคราะห์นอกระบบ (LIFE). V. ศักยภาพในการวินิจฉัยของเครื่องมือวัดการแทรกสอดในอวกาศช่วงอินฟราเรดกลาง. ดาราศาสตร์และฟิสิกส์ดาราศาสตร์.
11. Hansen, JT และคณะ (2022). เครื่องมือวัดการแทรกสอดขนาดใหญ่สำหรับดาวเคราะห์นอกระบบ (LIFE). IV. สถาปัตยกรรมอาร์เรย์เคอร์เนล-นัลลิ่งในอุดมคติ. ดาราศาสตร์และฟิสิกส์ดาราศาสตร์.
12. Konrad, BS และคณะ (2022). เครื่องมือวัดการแทรกสอดขนาดใหญ่สำหรับดาวเคราะห์นอกระบบ (LIFE). III. ความละเอียดเชิงสเปกตรัม ช่วงความยาวคลื่น และข้อกำหนดด้านความไว. ดาราศาสตร์และฟิสิกส์ดาราศาสตร์.
13. Dannert, FA และคณะ (2022). เครื่องมือวัดการแทรกสอดขนาดใหญ่สำหรับดาวเคราะห์นอกระบบ (LIFE). II. การจำลองและการสกัดสัญญาณ. ดาราศาสตร์และฟิสิกส์ดาราศาสตร์.
14. Quanz, SP และคณะ (2022). เครื่องวัดการรบกวนขนาดใหญ่สำหรับดาวเคราะห์นอกระบบ (LIFE). I. การประมาณผลผลิตการตรวจจับดาวเคราะห์นอกระบบที่ดีขึ้นสำหรับภารกิจเครื่องวัดการรบกวนในอวกาศช่วงอินฟราเรดกลางขนาดใหญ่ ดาราศาสตร์และฟิสิกส์ดาราศาสตร์

• วิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์นอกระบบที่มีอินเทอร์เฟอโรมิเตอร์โมฆะอินฟราเรดกลางในอวกาศ , Sascha P. Quanz, Jens Kammerer, Denis Defrère, Olivier Absil, Adrian M. Glauser, Daniel Kitzmann, 9 ส.ค. 2018

• ดาราชีววิทยา
• ลายเซ็นชีวภาพ
• นัลเลอร์